Регуляторы систем автоматического регулирования тепловым двигателем

Регуляторы служат либо для поддержания постоянной угловой скорости теплового двигателя, либо для изменения ее по заданной программе. Как правило, в транспортных тепловых двигателях они используются для поддержания постоянной скорости. Следует отметить, что регуляторы не могут обеспечить строгого постоянства скорости, а лишь ограничивают ее изменение в некоторых пределах, близких к заданному значению. Часто в регуляторах предусматривается возможность изменения значения скорости, поддерживаемой регулятором, т. е. изменения его настройки. Регулятор постоянной скорости может быть превращен в программный, если настройка изменяется автоматически при изменении нагрузки или какого-либо другого воздействия на двигатель или регулятор.

Регулятор в общем случае состоит из измерительного органа, усилителей, преобразователей, исполнительного органа и связей между отдельными элементами. Регулятор без усилителей с перемещением исполнительного органа за счет энергии измерительного органа, называется регулятором прямого действия.

Регулятор, в котором для перемещения исполнительного органа используется энергия постороннего источника, передаваемая через усилитель, называется регулятором непрямого действия, а регулирование – непрямым.

Измерительный орган (или кратко «измеритель») состоит из датчика скорости (часто называемого «чувствительным элементом»), который измеряет действительную угловую скорость вала двигателя, устройства, задающего требуемое значение скорости (уровень регулируемой величины), и узла сравнения этих двух значений. При отклонении угловой скорости от заданного уровня в ту или другую сторону измеритель подает сигнал для перемещения исполнительного органа в направлении, при котором отклонение устраняется.

По типу датчика различают измерители:

– центробежные – датчиком являются центробежные грузы; изменение угловой скорости вызывает перемещение их, которое используется в качестве сигнала, характеризующего действительную скорость;

– электрические – датчиком обычно служит тахогенератор постоянного или переменного тока; сигналом является изменение напряжения или частоты тока тахогенератора при отклонении угловой скорости;

– гидравлические – датчиком служит гидронасос; в качестве регулирующего сигнала используется отклонение давления рабочей жидкости, зависящего от угловой скорости;

– пневматические – в качестве сигнала используется повышение давления или разрежение, воздействующее на упругую мембрану.

В центробежных измерителях задаваемая величина угловой скорости определяется усилием нажатия пружины, противодействующим центробежной силе вращающихся грузов. Исполнительный орган регулятора служит для приведения в действие регулирующего органа двигателя. В дизелях таким органом являются рейки топливных насосов, перемещение которых изменяет подачу топлива за цикл.

В регуляторах прямого действия шток соединен с муфтой измерительного органа, а в регуляторах непрямого регулирования – с поршнем сервомотора (чаще всего гидравлического).

Нередко для обеспечения устойчивой работы или улучшения качества регулирования (ускорения процесса регулирования, уменьшения статических или динамических отклонений) вводят дополнительные (положительные либо отрицательные) связи между элементами системы регулирования.

Центробежный регулятор прямого действия

На рис. 3.3 изображена кинематическая схема простейшего центробежного регулятора прямого действия. Грузы 3 шарнирно укреплены на тарелке 7, которая через зубчатую передачу приводится во вращение от вала двигателя.

Центробежные силы инерции, приложенные к грузам при их вращении, передаются через коленчатый рычаг 5 и подшипник 6 на муфту, 4 регулятора. Между муфтой 4 и опорой 1 помещена пружина 2, имеющая предварительное сжатие. Муфта 4 укреплена так, что может перемещаться только вертикально. Все перечисленные элементы относятся к измерительному органу, который используется в различных типах регуляторов. В регуляторе прямого действия шток 8 соединен с регулирующим органом 10 (рейками топливных насосов или топливным клапаном) посредством рычага 9 и является одновременно выходным элементом измерительного органа и исполнительным органом. Регуляторы, у которых ось поворота грузов перпендикулярна оси вращения их, называются коническими, а регуляторы, в которых эти оси параллельны, — плоскими. В некоторых регуляторах нажатие пружины приложено не к муфте, а к грузам или рычагам, на которых установлены грузы.